ZigBee TM. ein Standard kommt TM - Beispielanwendungen aus der Analysenmesstechnik

Transkript

1 ZigBee TM TM - ein Standard kommt Beispielanwendungen aus der Analysenmesstechnik

2 ZigBee: Mitgliederentwicklung nach Regionen

3 Drahtlose Meßwertübertragung Der Markt wächst stückzahlbezogen um 100 % / Jahr, das Wachstum wird sich ab 2008 verzehnfachen. Bob Heile, Chairman ZigBee Alliance

4 Grundvoraussetzungen für drahtlose Kommunikation in der Prozeßautomatisierung Offener Standard Kostenlose Nutzung Weltweit zugelassenes Frequenzband

5 Der offene Standard IEEE

6 Funkstandards im Vergleich Markenname ZigBee TM Wi-Fi TM Bluetooth TM GSM /GPRS Standard b Übertragungsrate (KB/s) Netzteilnehmer Über Weltweite Daten- Steuern / Überwachen / Anwendung und Sprach- Web, , Video Kabelersatz Automatisieren kommunikation Protokollstack KB 16 MB+ 1MB+ 250KB+ Funkdistanz (m) Batterielebensdauer (Tage) , Vorteile Zuverlässigkeit, Kosten, geringer Energieverbrauch Reichweite Schnelligkeit, Flexibilität Kosten, Bequemlichkeit

7 Warum ZigBee? Geringer Energiebedarf Eignung für den Einsatz in Ex-Zonen Ideal für die Prozeßautomatisierung Topologie schnell genug

8 Geringer Energiebedarf Ausgeprägte Schlafphase Kurze Netzwerkaufnahmezeit Kurze Aufwachzeit Kurze Übertragungsdauer Langer Spreizcode höhere Sicherheit geringerer Energiebedarf

9 Topologien für die Prozeßautomatisierung 100 m 100 m 100 m 100 m 100 m Stern Netz 100 m self healing network PAN personal area network

10 Safe & Secure Zuverlässigkeit (safety) Überprüfung vor dem Senden, ob der Kanal frei ist CRC Telegrammsicherung Empfangsbestätigung der Pakete Paketwiederholungen Geschützte Daten (security) 128 Bit AES (advanced encryption standard) Verschlüsselung (NIST approved)

11 Die messtechnischen Komponenten ComFu C ComFu E Prozeßanalysengerät

12 Das Prozeßanalysengerät

13 Der Vorteil der Modultechnik Etabliertes Meßgerätekonzept Kein neues Gerät oder Gehäuse Vertraute Bedienung Kein neues Ex-Konzept Einfaches Nachrüstmodul für Funk Weitere Moduloptionen bleiben

14 Das Funkmodul Max. 20 m

15 ComFu : Die Komponenten ComFu C (Coordinator) Netzwerkkoordinator (FFD + PAN coordinator) Versorgung via Prozeßanalysengerät mit Digitalmodul Standard - Kabelverschraubung Abgesetzte Bauform für optimale Antennenposition einfach nachrüstbar Schutzart IP 65 Edelstahlgehäuse Kann z.zt. 2 x ComFu E bedienen

16 ComFu : Die Komponenten ComFu E (End device) RFD Funkmodul für den Sensoranschluß Schutzart IP 65 Edelstahlgehäuse Drehschalter für ON / OFF / HOLD

17 ComFu E: Praxisgerechte Bedienung vorort rote und grüne LED signalisieren Betriebszustand, Batteriewechsel und Voralarm Netzwerkanmeldung: blinkt grün im Sekundentakt Meßmodus normal: blinkt grün im 4-Sekundentakt HOLD: blinkt rot im 4-Sekundentakt keine Verbindung: blinkt langsam rot (3 Sekunden) Batteriewechsel erforderlich: blinkt 2 x rot im 4-Sekundentakt

18 ComFu E: Die Energieversorgung ComFu E (End device) Standard-Batterien Mignon AA Batterielebensdauer ca. 1 Jahr

19 ComFu E : Die Prozeßvarianten Kompaktversion Abgesetzte Version mit Standardverbindung kompatibel mit allen gängigen Armaturen

20 Flexibel, modular und kompatibel Modulpatrone analog Modulpatrone analog plus digitaler Speicher ph, Redox, Oxy, LF Modulpatrone digital

21 ComFu : Der Mehrkanalbetrieb 1 x RS 485

22 ComFu : Technische Daten Batterien: 8 x Mignon Typ AA Spannungsversorgung: 2.8 V Stromverbrauch RX 28 ma TX 42 ma Ausgangsleistung moduliert 0 dbm Ausgangsleistung nominal 10 dbm Eingangsempfindlichkeit -95 dbm Datenrate 250 kbit/s Frequenzbereich 2,4...2,485 GHz Nutzbare Kanalzahl 16 Verschlüsselung AES 128 bit Reichweite Freifeld: 400 m Antennentyp: Lambda/2, Dipol, omnidirektional Zigbee- Stack: TI (früher Chipcon) Explosionsschutz: II 2(1)GD EEx ia IIC T4 T80 C II 3GD Eex nl IIC T4

23 Plug & Play im Ex-Bereich Ex- freie Zone Zone 1 Zone 0

24 Alle Komponenten Ex-geschützt verfügbar Zone 1 Zone 1 Zone 0

25 Die Einbindung in offene Feldbusstrukturen Open system network (Ethernet) Profibus- Controller Profibus DP PA-Koppler/Link Profibus PA Profibus PA

26 Vor- und Nachteile von 2,4 GHz Nachteile Die Wellenlänge [λ] bei 2,4 GHz beträgt λ = /2,4 GHz = 12,5 cm Gegenstände mit mechanischer Länge im Bereich ¼ λ, (z. B. Tannennadeln, Blätter, Metall) können erheblich stören (Absorption durch Resonanz) Reflexionen und Mehrwegeausbreitung stören Vorteile weltweite Zulassung geringe Bauteile- und Antennenabmessungen

27 Was sollte man über Antennen wissen? Die Abstrahlung von der Antenne (Richtdiagramm) ComFu arbeitet mit einem Koaxialdipol (Länge λ/2 = 6,25 cm) Der horizontale Abstrahlwinkel beträgt 360 (Rundstrahler) Der vertikale Abstrahlwinkel beträgt (Halbwert) 78

28 Installationsfehler Zu tiefe Installation, Leistung geht in die Mauer!

29 Installationsfehler Plastiktüte kann stören

30 Freifeldmessungen Signalpegel (%) Entfernung (m)

31 Langsame Durchdringung Dezentraler Lagerbestand Entfernte Assets Schwer erreichbare Anlagen ohne Personal Ungenutzte Diagnose Bisherige Anwendungen in der Prozeßindustrie < 0,1 % Quelle: Emerson

32 Typische Anwendungen Umgehen existierender Barrieren Strassen, Flüsse, Umweltschutzzonen, Entfernte Tankfarmen, Versorgungseinrichtungen Schlecht zugängliche oder bewegte Meßstellen Wasserqualität an Ufern, Hafenbecken und Stränden: Schwimmbojen, Ausleger, Kanäle etc. zeitlich befristete Kontrollmessungen zur Anlagenoptimierung oder Emissionkontrolle

33 Kanalmessung Ölbohrfeld Umgehung der Entwässerungskanäle

34 Kanalmessung Ölbohrfeld

35 Nutzen Nahtlose Integration in bestehende Anlagensysteme Einsparung kostenintensiver Verdrahtung und Baumaßnahmen, um existierende Barrieren zu umgehen Prozeßgerechte Technologie Ex-tauglich Topologie Offener Standard Geräte unterschiedlicher Hersteller kombinierbar Keine Limitierung durch Kabeleigenschaften am Sensor Einfaches Handling vorort durch vorkalibrierte Sensoren Einfachste Installation durch Steckverbindungen

36 Aber... Funkplanung ist in den meisten Fällen unumgänglich Erfassung örtlicher und elektrischer Umgebung Störer einer Funkstrecke Anlagentopologie Mehrwegeausbreitung und Reflexionen (Addition oder Auslöschung der Funkwelle) Blitzeinwirkung Funkenentladungen hohe Verbreitung des 2,4 GHz-Bandes (Wireless LAN) aufgrund der geringen Meßrate ist Koexistenz in der Regel gegeben

37 Was zählt Quelle: Emerson

38 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Knick Elektronische Messgeräte GmbH & Co. KG Beuckestraße 22 D Berlin P.O. Box D Berlin Tel: +49 (0) Fax: +49 (0)